Введение к работе
Актуальность темы. Одной из основных тенденций развития машино-и приборостроения является снижение массы, миниатюризация, увеличение числа выполняемых машинами и приборами функций. В связи с этим неуклонно расширяется использование сложных и высокоточных деталей, в том числе имеющих тонкостенные элементы, часто выполняющие основные функции деталей.
Большинство показателей качества любых деталей формируется на заключительных этапах технологического процесса их изготовления. В качестве такого этапа часто выступает операция шлифования. Процесс шлифования всегда сопровождается интенсивным теплообразованием, оказывающим существенное влияние на качество поверхностных слоев заготовок. При шлифовании тонкостенных заготовок (ТЗ) роль тепловых процессов еще более усиливается. При этом теплофизическая тонкостенность детали (заготовки) зависит не только от ее геометрических размеров и прежде всего от ее толщины, но и от условий протекания тепловых процессов, интенсивности истоков и стоков тепла. С этой точки зрения достаточно жесткая деталь может оказаться тонкостенной в термическом отношении, и наоборот, нежесткую деталь следует считать "массивной". Эта недетермшшрованность тонкостенной детали иногда приводит к неординарным тепловым явлениям, усиливающим теплосиловую напряженность процесса шлифования.
ТЗ обрабатывают, как правило, с применением технологического армирования, роль которого чаще всего выполняет приспособление в виде оправки или упора. В связи с этим система, в которой происходит тепловой процесс при шлифовании, представляет собой композицию из различных материалов. Тепловой поток, проходя через заготовку, зону контакта заготовки и упора, а также через упор, формирует в них температурные поля, которые зачастую приводят к образованию в обработанных деталях дефектов типа прижогов или трещин и короблению, ухудшая их эксплуатационные характеристики. Изменение контактной термической проводимости (КТП) стыка оказывает существенное влияние на распределение тепла между заготовкой и упором: в случае снижения теплофизических свойств стыка заготовка-упор на пути теплового потока возникает барьер, вызывающий концентрацию тепла в заготовке и приводящий к возникновению брака.
Рациональное применение смазочно-охлаждающих технологических средств позволяет несколько снизить теплонапряженность процесса шлифования ТЗ. Однако кардинального решения проблемы можно добиться лишь путем интенсификации теплоотвода от шлифуемой заготовки в упор .
В настоящее время не существует какого-либо тепдофизического критерия, определяющего грань между "массивной" и "тонкой" заготовками и учи-
тывающего условия шлифования. Не изучены вопросы, связанные с влиянием КТП стыка заготовка-упор и теплофизических свойств самого упора на теплонапряженность шлифования и качество деталей. Для технологическо-гоунравления качеством поверхности и обеспечения требуемых эксплуатационных свойств деталей необходимо установить зависимости, отображающие влияние доминирующих факторов, действующих в процессе шлифования ТЗ. на качественные характеристики обработанных деталей.
В связи с вышеизложенным в диссертационной работе выполнен комплекс теоретико-экспериментальных исследований влияния теплонапряжен-ности процесса шлифования тонкостенных заготовок на качество деталей с учетом КТП стыка между заготовкой и упором.
Автор защищает: 1. Результаты теоретико-экспериментальных исследований - математическую модель теплового процесса шлифования ТЗ с учетом КТП стыка заготовка-упор.
-
Результаты математического моделирования на ЭВМ процесса шлифования ТЗ - закономерности формирования температурных полей в ТЗ при изменении режимов обработки и условий охлаждения заготовки "в упор".
-
Результаты исследования влияния толщины заготовки на теплонапряженность шлифования и качество детали.
-
Новую технику охлаждения ТЗ при шлифовании через их технологические базы ("в упор").
-
Результаты исследований технологической эффективности предлагаемых рекомендаций.
Цель работы: Разработка технологии бездефектного шлифования заготовок тонкостенных деталей на основе снижения тетонапряжешюсти процесса обработки.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены
следующие задачи:
-
Разработана математическая модель температурных полей в заготовке с учетом КТП в сопряжении заготовки и упора.
-
Исследовано влияние теплообмена на базовой поверхности заготовки на температурное поле в ней.
-
Исследованы возможности интенсификации теплоотвода от заготовки при шлифовании.
-
Разработаны и экспериментально обоснованы технологические регламенты по шлифованию ТЗ, обеспечивающие возможность повышения производительности обработки.
-
Апробированы основные результаты научных исследований путем опытно-промышленных испытаний и внедрения результатов работы в производство.
Научная новизна. Выявлено аналитически и экспериментально доказано, что на теплонапряжешгость шлифования ТЗ доминирующее влияние оказывают толщина заготовки и КТП её стыка с упором.
Получена теоретически и экспериментально подтверждена математическая модель теплового процесса при іллнфоваїши ТЗ на упоре с учётом КТП их стыка.
Разработана математическая модель зоны КТП в сопряжении ТЗ-упор, учитывающая неоднородность физических свойств контактирующих тел.
Разработан алгоритм расчета полей температур и их градиентов при шлифовании ТЗ, который реализован на ЭВМ.
Исследовано влияние технологических факторов на геплопапряжен-ность шлифования ТЗ.
Предложен критерий Нт для оценки влияния толщины ТЗ на теилона-пряженность обработки и качество изделий.
Разработаны рекомендации по выбору новой техники, обеспечивающей достаточно эффективное охлаждение базовой поверхности ТЗ.
Практическая ценность, и реализация работы. Доказана возможность повышения производительности бездефектной обработки ТЗ путем снижения теплонапряженности процесса шлифования..
Показана высокая технологическая эффективность новых способов и устройств для шлифования ТЗ на упоре.
Разработаны и внедрены на ПО "Утес" (г. Ульяновск) и АО '"КИЗ" (г. Киржач Владимирской области) технологические рекомендации по шлифованию ТЗ, от внедрения которых на АО "КИЗ" расчётный годовой экономический эффект составил (в ценах 1995 г.) 34,715 млн. руб. на один станок.
Апробация работы. Основные результаты доложены и представлены на всесоюзной научно-технической конференций (НТК) "Микроэлектроника в машиностроении", Ульяновск, 1992 г.; НТК "Прогрессивная технология в машиностроении", Тольятти, 1992 г.; международной НТК "Смазочно-охлаждающие технологические средства при механической обработке заготовок из различных материалов", Ульяновск, 1993 г.; международной НТК "Технология механообработки: Физика процессов и оптимальное управление", Уфа, 1994 г.; НТК УлГТУ и УлПИ в 1990-96 г.г.; научно-технических семинарах кафедр "Технология машиностроения" и "Металлорежущие станки и инструменты" УлГТУ в 1992-96 г.г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 3 авторских свидетельства и 3 положительных решения по заявкам на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы (179 наименований) и приложений, включает 90 страниц машинописного текста, 21 таблицу и 43 рисунка.
